DE69526932T2 - COMMUNICATION VIA A SERIAL LINE - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Meldungs-Transferverfahren und -System für die Steuerung und Überwachung von Beleuchtungen, Lampen, Sensoren, Detektoren und anderen Lasten, und insbesondere zum Steuern und Überwachen von Flugplatz-Beleuchtungssystemen mit Sensoren für Oberflächebewegungs- und Lenkungs-Steuersystemen (SMGCS).The present invention relates to a message transfer method and system for controlling and monitoring lights, lamps, sensors, detectors and other loads, and in particular for controlling and monitoring airfield lighting systems with surface motion and guidance control system (SMGCS) sensors.
Die Lampen für Flugplatz-Beleuchtungssysteme werden meistens durch eine Konstantstrom-Energieversorgung über eine serielles Kabel gespeist. Derartige Lampen sind in Serie mit dem Versorgungskabel unter Verwendung von Isolations-Transformatoren verbunden. Ein allgemeiner Typ eines automatischen Lampen-Überwachungssystems überwacht den Strom und die Spannung, die zu dem Serienkabel zugeführt wird. Fällt eine Lampe aus, so ändert sich die Impedanz in einer Schleife der Lampen, und dies reflektiert sich in dem zugeführten Strom und der Spannung. Ein Nachteil mit diesem Verfahren besteht darin, dass hier keine Information vorliegt, welche Lampe ausgefallen ist. Demnach ist es schwierig, die Dringlichkeit für das Ersetzen der Lampe zu bestimmen. Weiterhin kann dann, wenn eine große Zahl von Lampen bei der Schleifenschaltung angebracht ist, die Änderung der Impedanz aufgrund des Lampenfehlers so klein sein, dass es schwierig ist, sie zu detektieren. Fallen mehrere Lampen aus, so wird die Änderung der Impedanz größer.The lamps for airport lighting systems are most often powered by a constant current power supply via a serial cable. Such lamps are connected in series with the supply cable using isolation transformers. A common type of automatic lamp monitoring system monitors the current and voltage supplied to the serial cable. If a lamp fails, the impedance in a loop of lamps changes and this is reflected in the current and voltage supplied. A disadvantage with this method is that there is no information as to which lamp has failed. Thus, it is difficult to determine the urgency of replacing the lamp. Furthermore, if a large number of lamps are fitted in the loop circuit, the change in impedance due to the lamp failure may be so small that it is difficult to detect. If several lamps fail, the change in impedance becomes larger.
Ein anderen Typ eines Überwachungssystems basiert auf der Zuordnung einer eindeutigen Adresse zusammen mit einer Überwachungseinheit bei jeder Lampe. Fällt die Lampe aus, so bewirkt die Einheit einen Kurzschluss der Lampe, und sie unterbricht periodisch den Kurzschluss in einer zeitlich festgelegten Folge, die durch die Adresse der Lampe bestimmt ist. Das Identifizieren der ausgefallenen Lampe erfolgt durch Bestimmen der Zeit (im Hinblick auf irgendeine Referenz) im Zusammenhang mit den Messungen der Störungen bei der Spannung oder dem Strom über einen Detektor, der mit der Primärseite der Serientransformatoren verbunden ist. Wiederum kann die Änderung einer Impedanz aufgrund eines Lampenfehlers so klein sein, dass es schwierig ist, sie zu detektieren, jedoch wird dieses Mal der Kurzschluss für jede Lampe, Stück für Stück, freigegeben, so dass lediglich eine Lampe zu einem Zeitpunkt einen Fehler zu einer Hauptüberwachungs-Einheit signalisiert.Another type of monitoring system is based on assigning a unique address together with a monitoring unit to each lamp. If the lamp fails, the unit short-circuits the lamp and periodically breaks the short-circuit in a timed sequence determined by the lamp's address. Identifying the failed lamp is done by determining the time (with respect to some reference) related to the measurements of the disturbances in voltage or current via a detector connected to the primary side of the series transformers. Again, the change in impedance due to a lamp failure may be so small that it is difficult to detect, but this time the short-circuit is released for each lamp, one at a time, so that only one lamp at a time signals a failure to a main monitoring unit.
Derartige Systeme nach dem Stand der Technik sind bekannt aus dem US- Patent Nr. 5,359,325 für Ford et al. dem europäischen Patent Nr. 0 445 773 für Taniguchi et al und dem eüroyäischen Patent Nr. 0 448 358 von Watanabe. Diese Systeme verlassen sich auf die Sättigung der Serien- Isolationstransformatoren. Ein Isolationstransformator von der Art, wie er in Flugplatz-Beleuchtungssystemen verwendet wird, erfährt eine Sättigung, d. h. er wirkt wie eine Luftspule mit nahezu keiner Impedanz, wenn ein Lampenfehler an der Sekundärseite des Transformators auftritt, wodurch Störungen bei der Primärseite durch die Flussänderung erzeugt werden. Die Flussänderung ist detektierbar, jedoch ist sie in einigen Fällen nur schwer von anderen Störungen zu unterscheiden, wie sie beispielsweise durch Netzfrequenz-Stromnulldurchgänge dann erzeugt werden, wenn der Strom Thyristor-moduliert ist, was allgemein üblich ist. Es ist insbesondere schwierig, Störungen über Flussänderungen dann zu detektieren, wenn ein Los von Transformatoren in Serie verbunden ist.Such prior art systems are known from US Patent No. 5,359,325 to Ford et al., European Patent No. 0 445 773 to Taniguchi et al. and European Patent No. 0 448 358 to Watanabe. These systems rely on the saturation of series isolation transformers. An isolation transformer of the type used in airport lighting systems saturates, i.e. acts like an air coil with almost no impedance, when a lamp failure occurs on the secondary side of the transformer, thereby creating disturbances on the primary side due to the flux change. The flux change is detectable, but in some cases it is difficult to distinguish it from other disturbances, such as those caused by mains frequency current zero crossings when the current is thyristor modulated, which is common practice. It is particularly difficult to detect disturbances due to flux changes when a batch of transformers is connected in series.
Ferner lehren diese Dokumente nicht eine Kommunikation während einem kurzen Teil eines Netzfrequenz-Halbzyklus (einer Netzfrequenz-Halbperiode). Signale in den zitierten Dokumenten werden über viel längere Zeitperioden ohne Beachtung von Nulldurchgängen transferiert. Die Erfindungen gemäß den oben zitierten Dokumenten beeinflussen die Impedanz, ohne dass jedoch berücksichtigt wird, ob die Impedanz zwischen einem hohen und niedrigen Wert während einem Netzfrequenz-Halbzyklus schaltet.Furthermore, these documents do not teach communication during a short portion of a power frequency half cycle (a power frequency half period). Signals in the cited documents are transferred over much longer periods of time without regard to zero crossings. The inventions according to the above cited documents affect the impedance, but without taking into account whether the impedance switches between a high and low value during a power frequency half cycle.
Ein anderes Dokument nach dem Stand der Technik, offenbart durch das US-Patent Nr. 4,398,178 für Russ et al. lehrt ein System zum Übertragen von Information auf einer Wechselstromleitung. Dieses zitierte Dokument hat bestimmte unterscheidende Merkmale, und es sind zumindest zwei Leitungen mit einer AC Stromversorgung verbunden. Ein anderes Merkmal betrifft Amplitudenreduktionen, die mittels einer normalerweise kurzgeschlossenen Impedanz erzeugt werden.Another prior art document, disclosed by US Patent No. 4,398,178 to Russ et al., teaches a system for transmitting information on an AC power line. This cited document has certain distinguishing features, and at least two lines are connected to an AC power supply. Another feature relates to amplitude reductions produced by means of a normally shorted impedance.
Ferner zeigt das Dokument US-Patent Nr. 4,398,178 ein Verfahren zum Übertragung von Pulssignalen von der Stromgeneratorseite zu einer Zahl von Empfängern auf. Die Empfänger antworten gemäß einem Verfahren, das in einem Flugplatz-Beleuchtungssystem mit einer Kommunikation über ein Serienkabel nicht implementierbar ist. Es wird von einem getrennten Stromtransformator ausgegangen, der lediglich für die Kommunikation verwendet wird, da er normalerweise kurzgeschlossen ist. Die Sendeeinheit kommuniziert über Unterbrechungen eines kurzgeschlossenen Transformators (Impedanz). Zudem kommunizieren ihre Empfängereinheiten über eine Last und nicht über einen Transformator. Demnach kommuniziert das offenbarte System mit unterschiedlichen Einrichtungen für die Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Kommunikation:Furthermore, document US Patent No. 4,398,178 shows a method for transmitting pulse signals from the power generator side to a number of receivers. The receivers respond according to a method that cannot be implemented in an airfield lighting system with communication via a serial cable. It assumes a separate power transformer that is used only for communication, since it is normally short-circuited. The transmitting unit communicates via interruptions of a short-circuited transformer (impedance). In addition, its receiving units communicate via a load and not via a Transformer. Accordingly, the disclosed system communicates with different devices for uplink and downlink communication:
Aus US-A-4,024,528 ist ein Fernschaltsystem bekannt, mit der Zielsetzung einer verbesserten Fernumschaltung unter Verwendung einer AC Energieleitung. Das System nützt den relativ ruhigen oder rauschfreien Teil der ersten Halbzyklen der AC Leitungsspannung zum Übertragen und Schalten von Steuersignalen.From US-A-4,024,528 a remote switching system is known with the objective of improved remote switching using an AC power line. The system uses the relatively quiet or noise-free part of the first half cycles of the AC line voltage to transmit and switch control signals.
Die zitierten Dokumente US-patent Nr. 5,359,325, europäisches Patent Nr. 0 445 773 und europäisches Patent Nr. 0 448 358 lehren nicht eine Kommunikation während einem kurzen Teil eines Netzfrequenz-Halbzyklus, was für die Funktion der vorliegenden Erfindung wesentlich ist. Die vorliegende Erfindung erzeugt einen Spannungspuls während einer kurzen Zeit des Netzfrequenz-Halbzyklus. Die Gesamtheit der derartig erzeugten Pulse während einem spezifischen Halbzyklus werden als ein Pulssignal auf dem Serienkabel übertragen. Dies ist nicht in den Dokumenten offenbart, wo Signale während viel längerer Zeitperioden ohne Beachtung von Nulldurchgängen übertragen werden. Die Erfindungen gemäß den letztgenannten Dokumenten beeinflussen auch die Impedanz, jedoch ohne Berücksichtigung der Frage, ob die Impedanz zwischen einem hohen oder niedrigen Wert während einem Netzfrequenz-Halbzyklus schaltet. Die vorliegende Erfindung bezieht immer die Anwendung einer gesteuerten hohen Impedanz für das Kommunizieren von Pulsen mit ein, die in Pulssignale enthalten sind.The cited documents US patent No. 5,359,325, European patent No. 0 445 773 and European patent No. 0 448 358 do not teach communication during a short part of a mains frequency half cycle, which is essential for the operation of the present invention. The present invention generates a voltage pulse during a short time of the mains frequency half cycle. The totality of the pulses so generated during a specific half cycle are transmitted as a pulse signal on the serial cable. This is not disclosed in the documents, where signals are transmitted during much longer periods of time without considering zero crossings. The inventions according to the latter documents also affect the impedance, but without considering whether the impedance switches between a high or low value during a mains frequency half cycle. The present invention always involves the use of a controlled high impedance for communicating pulses contained in pulse signals.
Das erwähnte US-Patent Nr. 4,398,178 lehrt ein System zum Übertragen von Information auf einer Wechselstromleitung. Dieses Dokument enthält Merkmale, die sich von der vorliegenden Erfindung unterscheiden. Es hat zumindest zwei Leiter, die mit einer AC Energiequelle verbunden sind, und bei der vorliegenden Erfindung ist lediglich ein Leiter angeschlossen. Ein anderer festzustellender Unterschied besteht darin, dass Amplitudenreduktionen mittels einer normalerweise kurzgeschlossen Impedanz erzeugt werden, im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung, die in keiner Weise mit einer kurzgeschlossenen Impedanz kommuniziert, sondern durch kurze Unterbrechungen über einen Schalter kommuniziert, der in Serie zu der Last angeschlossen ist.The aforementioned US Patent No. 4,398,178 teaches a system for transmitting information on an AC power line. This document contains features that differ from the present invention. It has at least two conductors connected to an AC power source, and in the present invention only one conductor is connected. Another difference to be noted is that amplitude reductions are produced by means of a normally shorted impedance, in contrast to the present invention which does not communicate in any way with a shorted impedance, but communicates through short interruptions via a switch connected in series with the load.
Ferner zeigt das US-Patent Nr. 4,398,178 ein Verfahren zum Übertragen von Pulssignalen von einer Stromgeneratorseite zu einer Zahl von Empfängern auf. Die Empfänger antworten gemäß einem Verfahren, das bei einem Flugplatz-Beleuchtungssystem mit einer Kommunikation auf einem Serienkabel nicht implementierbar ist. Es wird von einem separaten Stromtransformator ausgegangen, der lediglich für die Kommunikation verwendet wird, da er normalerweise kurzgeschlossen ist. Die Sendeeinheit kommuniziert über Unterbrechungen eines kurzgeschlossenen Transformators (Impedanz), was sich vollständig von der vorliegenden Erfindung unterscheidet, wo Transformatoren lediglich während einem Lampenfehler kurzgeschlossen sind.Furthermore, US Patent No. 4,398,178 discloses a method for transmitting pulse signals from a power generator side to a number of receivers. The receivers respond according to a method which is Airport lighting system with communication on a serial cable is not implementable. It assumes a separate current transformer which is used only for communication as it is normally short-circuited. The transmitting unit communicates via interruptions of a short-circuited transformer (impedance), which is completely different from the present invention where transformers are only short-circuited during a lamp fault.
Zudem kommunizieren ihre Empfängereinheiten über eine Last und nicht über einen Transformator. Demnach kommuniziert das gemäß dem US-Patent Nr. 4,398,178 offenbarte System mit unterschiedlichen Einrichtungen für eine Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Kommunikation. Zum Implementieren eines Systems, wie es in dem US-Patent Nr. 4,398,178 offenbart ist, beispielsweise bei einem Flugplatzsystem zum Überwachen einer Flugplatz- Beleuchtung, wäre ein vollständiger Neuentwurf eines existierenden Systems erforderlich.In addition, their receiver units communicate through a load and not through a transformer. Thus, the system disclosed in U.S. Patent No. 4,398,178 communicates with different devices for uplink and downlink communication. To implement a system as disclosed in U.S. Patent No. 4,398,178, for example in an airport system for monitoring airport lighting, a complete redesign of an existing system would be required.
Die vorliegende Erfindung lässt sich einfach auf ein existierendes System anwenden. Existierende Stromtransformatoren werden zum Versorgen einer Last verwendet, sowie zum Erzeugen hochfrequenter Pulssignale, wobei ein Pulssignal eine Zahl von Pulsen enthält, und wobei jeder einzelne Puls durch ein pulsartiges Beeinflussen der Impedanz während einer kurzen Zeit erzeugt wird (erzeugt eine hohe Impedanz), im Vergleich zu einem Halbzyklus, in dem Strom fließt. Die Unterbrechung der sekundärseitigen Schaltung ist demnach so kurz, dass der Einfluss auf die einer Last zugeführten Energie vernachlässigbar ist.The present invention can be easily applied to an existing system. Existing current transformers are used to supply a load and to generate high frequency pulse signals, where a pulse signal contains a number of pulses and where each individual pulse is generated by pulsing the impedance for a short time (generating a high impedance) compared to a half cycle in which current flows. The interruption of the secondary side circuit is thus so short that the influence on the energy supplied to a load is negligible.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren für einen Meldungstransfer zwischen einem Hautsteuersystem und adressierbaren Überwachungsschaltern für ein Beleuchtungssystem. Derartige Schalter sind in Serie mit dem Versorgungskabel unter Verwendung von Isolations-Transformatoren verbunden, und andererseits sind sie an einer Last angebracht, die sie überwachen. Beispiele derartiger Lasten könnten Lampen und Sensoren sein. Ein Sensor könnte beispielsweise von einem magnetischen, induktiven, optischen etc. Typ sein, zum Detektieren oder Messen des Vorliegens von Hindernissen, beispielsweise Fahrzeugen.The present invention relates generally to a system and method for message transfer between a main control system and addressable monitoring switches for a lighting system. Such switches are connected in series to the supply cable using isolation transformers and on the other hand they are attached to a load which they monitor. Examples of such loads could be lamps and sensors. A sensor could for example be of a magnetic, inductive, optical etc. type for detecting or measuring the presence of obstacles, for example vehicles.
Zum Überwinden der zuvor genannten Probleme besteht ein technisches Problem der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zum Synchronisieren eines Zeitschlitz in jedem Halbzyklus der AC Netzfrequenz derart, dass Harmonische, die mit den relativ hohen Frequenzen interferieren, die für die Meldungsübertragung verwendet werden, vermieden werden. Harmonische der Netzfrequenz treten häufig aufgrund der Tatsache auf, dass der AC Strom häufig mittels Thyristoren gesteuert wird, was nahezu sicher Harmonische bei Nulldurchgängen erzeugt.To overcome the above problems, a technical problem of the present invention is to provide a method for synchronizing a time slot in each half cycle of the AC mains frequency such that harmonics that interfere with the relatively high frequencies used for message transmission are avoided. Mains frequency harmonics are common due to the fact that AC current is often controlled by thyristors, which almost certainly generate harmonics at zero crossings.
Ein weiteres technisches Problem der Erfindung besteht in der Schaffung eines Systems mit einem Meldungsschema mit Zeitschlitzen für eine synchronisierte Kommunikation zwischen betroffenen Einheiten.Another technical problem of the invention is to create a system with a message scheme with time slots for synchronized communication between affected units.
Ein anderes technisches Problem der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kommunikationssystems, das sich einfach in ein existierendes Flugplatz-Beleuchtungssteuersystem integrieren lässt, über kleine LMS und/oder SIU Moduln, die an existierenden Standard-Komponenten angebracht werden, beispielsweise Standard-Beleuchtungs-Transformatoren, Sensoren, Lampen, Kabel, etc.. Ein Hauptsteuersystem ist ähnlich an dem Serienkabel über einen Standard-Transformator angebracht.Another technical problem of the invention is to provide a communication system that can be easily integrated into an existing airfield lighting control system via small LMS and/or SIU modules attached to existing standard components, such as standard lighting transformers, sensors, lamps, cables, etc. A main control system is similarly attached to the series cable via a standard transformer.
Ein zusätzliches anderes technisches Problem der Erfindung besteht darin, dass das Steuer- und Überwachungssystem ausgehend von der Sekundärseite der Transformatoren gebildet wird, was einen großen Vorteil im Vergleich zu Systemen darstellt, die bei der Primärseite eines Transformators bereitgestellt sind.An additional other technical problem of the invention is that the control and monitoring system is formed starting from the secondary side of the transformers, which represents a great advantage compared to systems provided on the primary side of a transformer.
Ein zusätzliches weiteres technisches Problem der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung, ein unmittelbares Schalten zwischen einer stationären Folge zum Überwachen von LMS und/oder SIU Moduln und einem Zustand, wo Folgen zu dem LMS und/oder SIU Moduln von einer Hauptsteuereinheit zu senden sind.An additional further technical problem of the invention is to provide a device for switching directly between a stationary sequence for monitoring LMS and/or SIU modules and a state where sequences are to be sent to the LMS and/or SIU modules from a main control unit.
Die Erfindung ist durch die angefügten Ansprüche definiert.The invention is defined by the appended claims.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und im Hinblick auf weitere technische Probleme und Vorteile hiervon erfolgt ein Bezug zu der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:For a more complete understanding of the present invention and with regard to further technical problems and advantages thereof, reference is made to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild-Layout eines existierenden Flugplatz-Beleuchtungs-Überwachenssystems nach dem Stand der Technik mit Lichtüberwachungsschaltern (LMS) und einem Hauptsteuersystem;Fig. 1 is a schematic block diagram layout of an existing prior art airfield lighting monitoring system with light monitoring switches (LMS) and a main control system;
Fig. 2-4 schematische Blockschaltbilder für einige der in Fig. 1 gezeigten Blöcke;Fig. 2-4 are schematic block diagrams for some of the blocks shown in Fig. 1;
Fig. 5a und 5b Darstellungen einer Thyristor-modulierten Netzfrequenzkurve und deren Hochpass-gefilterte Antwort, jeweils mit ausgefilterter Grundfrequenz;Fig. 5a and 5b representations of a thyristor-modulated mains frequency curve and its high-pass filtered response, each with the fundamental frequency filtered out;
Fig. 6 ein Schema von Rechteckwellen, das zum Synchronisieren eines Zeitschlitzes mit der Netzfrequenz verwendet wird, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;Fig. 6 is a scheme of square waves used to synchronize a time slot to the mains frequency, according to a preferred embodiment;
Fig. 7 eine Schaltung, die zum Erzeugen der Rechteckwellen gemäß Fig. 6 verwendet wird;Fig. 7 shows a circuit used to generate the square waves according to Fig. 6;
Fig. 8 eine Serienschaltung mit ihren Verbindern und Schnittstellen gemäß der Erfindung;Fig. 8 shows a series circuit with its connectors and interfaces according to the invention;
Fig. 9 ein Flugplatz-Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 9 shows an airport lighting system according to the present invention;
Fig. 10 die Vorgehensweise zum Ausführen des Austausches von Information auf einem strukturellen Niveau;Fig. 10 the procedure for carrying out the exchange of information at a structural level;
Fig. 11 eine Einstellreihenfolge für die Zeitschlitze gemäß der vorliegenden Erfindung; undFig. 11 shows a setting sequence for the time slots according to the present invention; and
Fig. 12 eine Einstellreihenfolge zum Senden einer Befehlsmeldung.Fig. 12 a setting sequence for sending a command message.
Die Fig. 1-5 stellen im Zusammenhang mit der entsprechenden Beschreibung ein Flugplatz-Beleuchtungssystem gemäß dem Stand der Technik dar, gemäß den Prinzipien, wie sie im Zusammenhang mit der ebenfalls anhängigen internationalen Anmeldung, veröffentlicht unter WO/94/13119, gelehrt sind, zugewiesen dem Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung, mit dem Titel "Systeme und Verfahren zum Übertragen von Pulssignalen" von Lars Millgard. Die vorliegende Erfindung hat die Fähigkeit zum Anwenden eines derartigen Systems für die Umsetzung ihrer technischen Probleme.Figures 1-5, in conjunction with the corresponding description, illustrate a prior art airfield lighting system according to the principles taught in conjunction with the co-pending international application published under WO/94/13119, assigned to the assignee of the present invention, entitled "Systems and methods for transmitting pulse signals" by Lars Millgard. The present invention has the capability of applying such a system to the implementation of its technical problems.
Das in Fig. 1 gezeigte Flugplatz-Beleuchtungs-Überwachenssystem enthält eine Zahl von Stromzuführschleifen 2 für Lampen 4, und lediglich eine der Schleifen ist in ihrer Gesamtheit in der Figur gezeigt. Jede Lampe 4 ist in ihrer zugewiesenen Schleife 2 über eine Sekundärwicklung 5 eines Isolationstransformators 6 angeschlossen, und die Primärwicklung 8 hiervon ist in Serie in der Stromzuführschleife angeschlossen, und über einen Lichtüberwachungsschalter (LMS) 10. Jede Stromzuführschleife 2 wird durch eine Konstantstrom-Reguliereinheit (CCR) 12 über eine Kommunikationseinheit 14 gespeist. Eine Konzentratoreinheit (CU) 16 ist über eine Mehrpunktkonfiguration mit einer Gruppe 18 der Kommunikationseinheiten 14 verbunden. Die Einheiten 14 und 16 werden umfassender nachfolgend beschrieben.The airfield lighting monitoring system shown in Figure 1 includes a number of power supply loops 2 for lamps 4, and only one of the loops is shown in its entirety in the figure. Each lamp 4 is connected in its associated loop 2 via a secondary winding 5 of an isolation transformer 6, and the primary winding 8 thereof is connected in series in the power supply loop, and via a light monitoring switch (LMS) 10. Each power supply loop 2 is fed by a constant current regulator unit (CCR) 12 via a communication unit 14. A concentrator unit (CU) 16 is connected to a group 18 of the communication units 14 via a multipoint configuration. The units 14 and 16 are described more fully below.
Die CU Einheit 16 und ihre zugewiesenen Elemente, wie oben beschrieben, bilden zusammen eine Untereinheit 20, die beispielsweise einem bestimmten Teil des Beleuchtungssystems eines Flugplatzes zugewiesen sein kann. Das Beleuchtungssystem kann eine erforderliche Zahl ähnlicher Untereinheiten enthalten, von denen einige mit 20' und 20" bezeichnet sind.The CU unit 16 and its associated elements, as described above, together form a sub-unit 20, which may, for example, be assigned to a may be assigned to a specific part of the lighting system of an aerodrome. The lighting system may include a required number of similar sub-units, some of which are designated 20' and 20".
Die CU Einheiten 16 in den Teileinheiten sind mit einer zentralen Konzentratoreinheit 22 über Mehrpunkt-Modems verbunden.The CU units 16 in the subunits are connected to a central concentrator unit 22 via multipoint modems.
Die zentrale CU Einheit 22 kann mit einem Computer 24 mit einer Anzeige 25 verbunden sein. Der Computer 24 kann ferner mit anderen Systemen verbunden sein, beispielsweise über ein lokales Netzwerk (LAN) 26. Die Einheit 22 und der Computer 24 können beispielsweise in einem Kontrollraum 27 angeordnet sein, oder an irgendeiner anderen geeigneten Stelle.The central CU unit 22 may be connected to a computer 24 with a display 25. The computer 24 may also be connected to other systems, for example via a local area network (LAN) 26. The unit 22 and the computer 24 may be located, for example, in a control room 27, or at any other suitable location.
Allgemein ist bei Isolationstransformatoren, die in einem System verwendet werden, das mit einem Konstantstrom versorgt wird, der über die Sekundärwicklung fließende Strom proportional zu dem über die Primärwicklung fließenden Strom, und - unter bestimmten Einschränkungen - unabhängig von der Last auf der Sekundärseite. Die Spannung über der Primärwicklung ist proportional zu der Spannung an der Primärseite. Die Proportionalität besteht in beiden Fällen hauptsächlich aufgrund der Beziehung zwischen der Zahl der Drahtwicklungen bei den Wicklungen. Eine Kommunikationseinheit 14 detektiert Antworten von dem LMS Moduln, und sie berichtet die Adressen der nicht antwortenden Moduln über eine lokale CU Einheit 16 an die zentrale Konzentratoreinheit 22. In der zentralen Konzentratoreinheit 22 werden die Adressen in einer Datenbasis gespeichert, die für den Computer 24 in dem Kontrollraum 27 zugänglich ist.Generally, for isolation transformers used in a system supplied with a constant current, the current flowing through the secondary winding is proportional to the current flowing through the primary winding and, under certain restrictions, independent of the load on the secondary side. The voltage across the primary winding is proportional to the voltage on the primary side. The proportionality in both cases is mainly due to the relationship between the number of turns of wire in the windings. A communication unit 14 detects responses from the LMS modules and reports the addresses of the non-responding modules to the central concentrator unit 22 via a local CU unit 16. In the central concentrator unit 22, the addresses are stored in a database accessible to the computer 24 in the control room 27.
An der Anzeige 25 lässt sich die Zahl der ausgefallenen Lampen 4 und die Position jeder ausgefallenen Lampe anzeigen. Es lassen sich unterschiedliche Alarmkriterien in der zentralen Konzentratoreinheit 22 über die Computer 24 festlegen.The number of failed lamps 4 and the position of each failed lamp can be shown on the display 25. Different alarm criteria can be set in the central concentrator unit 22 via the computers 24.
Wie nachfolgend eingehender beschrieben, erfolgt die Kommunikation zwischen den LMS Moduln und der zugewiesenen Kommunikationseinheit über Hochfrequenzsignale, die dem 50 Hz oder 60 Hz Strom in dem Energiekabel überlagert sind.As described in more detail below, communication between the LMS modules and the assigned communication unit takes place via high frequency signals that are superimposed on the 50 Hz or 60 Hz current in the power cable.
Ein schematisches Blockschaltbild eines LMS Moduls 10 ist in Fig. 2 gezeigt, das ebenso die Verbindung der Lampe 4 an die Schaltung mit der Sekundärwicklung 5 des Transformators 6 darstellt.A schematic block diagram of an LMS module 10 is shown in Fig. 2, which also shows the connection of the lamp 4 to the circuit with the secondary winding 5 of the transformer 6.
Das LMS Modul 10 ist schematisch so gezeigt, dass es einen Schalter 30 in Serie zu der Lampe 4 enthält, verbunden für ein Unterbrechen des Stroms in der Lampenschaltung. Das Modul 10 enthält ferner eine Steuerschaltung oder Logikeinheit 22, z. B. einen Mikroprozessor zum Steuern des Schalters 30, einen Adressspeicher 34 zum Speichern der oben erwähnten Adresse hiervon und einen Empfänger 36, der zum Empfangen des Synchronisiersignals von der Einheit 14 und zum Weiterleiten desselben an die Logikeinheit 32 des Moduls 10 verbunden ist, und es enthält ebenso eine DC Energieversorgungseinheit 38 für die Logikeinheit 32 und den Empfänger 36.The LMS module 10 is shown schematically as including a switch 30 connected in series with the lamp 4 for interrupting the current in the lamp circuit. The module 10 further includes a control circuit or logic unit 22, e.g. a microprocessor for controlling of the switch 30, an address memory 34 for storing the above-mentioned address thereof and a receiver 36 connected to receive the synchronization signal from the unit 14 and to forward it to the logic unit 32 of the module 10, and it also contains a DC power supply unit 38 for the logic unit 32 and the receiver 36.
Ebenso über die Sekundärwicklung 5 und demnach parallel zu der Lampe 4 ist ein Schalter 42 angeschlossen, der durch die Steuerschaltung 32 gesteuert wird. In einer für den Fachmann bekannten Weise kann der Schalter 30 beispielsweise auf der Anwendung von Feldeffekttransistoren basieren.A switch 42 is also connected across the secondary winding 5 and thus parallel to the lamp 4, which is controlled by the control circuit 32. In a manner known to those skilled in the art, the switch 30 can be based, for example, on the use of field effect transistors.
Der Speicher zum Speichern der Adresse jedes LMS Moduls 10 kann ein PROM Speicher sein.The memory for storing the address of each LMS module 10 can be a PROM memory.
Ein schematisches Blockschaltbild der Kommunikationseinheit 14 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Kommunikationseinheit enthält ein Serienschaltungsmodem (SCM) 60, ein Serienschaltungsfilter (SCF) 62 und einen Kopplungstransformator 6.A schematic block diagram of the communication unit 14 is shown in Fig. 3. The communication unit includes a series connection modem (SCM) 60, a series connection filter (SCF) 62 and a coupling transformer 6.
Das SCM 60 ist über den Transformator 64 mit der Serienschaltung 2 zum Versorgen der Lampen 4 verbunden, zum Senden der Synchronisiersignale und zum Detektieren der Antworten von den LMS Moduln. Das SCM 60 ist ebenso mit dem Konzentrator 22 verbunden, zum Berichten der Adresse der LMS Moduln mit ausgefallenen Lampen.The SCM 60 is connected via the transformer 64 to the series circuit 2 for supplying the lamps 4, for sending the synchronization signals and for detecting the responses from the LMS modules. The SCM 60 is also connected to the concentrator 22 for reporting the address of the LMS modules with failed lamps.
Das Filter 62 reduziert Rauschen in dem Strom, der von dem CCR 12 kommt, und er vermeidet, dass von dem SCM 60 und den Moduln 10 kommende Signale in die Reguliereinheit 12 rückgeführt werden.The filter 62 reduces noise in the current coming from the CCR 12 and prevents signals coming from the SCM 60 and the modules 10 from being fed back into the regulation unit 12.
Gemäß Fig. 4 enthält die Konzentratoreinheit 16 einen Mikroprozessor 70, ein Modem 72 und eine Energieversorgung 74. Verbindungen mit einem Informationssystem, das nicht gezeigt ist, zu den SCM Einheiten 14, zu dem Computer 24 und dem Energienetz sind jeweils mit 76, 78, 80 und 82 bezeichnet.Referring to Fig. 4, the concentrator unit 16 includes a microprocessor 70, a modem 72 and a power supply 74. Connections to an information system, not shown, to the SCM units 14, to the computer 24 and to the power grid are designated 76, 78, 80 and 82, respectively.
Die Funktion der CU Einheit 16 besteht im Sammeln der Information von den angeschlossenen Kommunikationseinheiten 14, sowie im Speichern derselben in einer Datenbasis des Mikroprozessors 10, wo der Computer 24 in dem Kontrollraum 27 auf diese zugreifen kann.The function of the CU unit 16 is to collect the information from the connected communication units 14 and to store it in a database of the microprocessor 10, where the computer 24 in the control room 27 can access it.
Die CU Einheit 16 kann ebenso zum Testen der erfassten Daten gegenüber Alarmkriterien entworfen sein, und - sofern erforderlich - einen Alarm abgeben.The CU unit 16 may also be designed to test the collected data against alarm criteria and, if necessary, issue an alarm.
Mit einem Überwachungs- und Steuersystem der Art, wie es oben beschrieben ist, lässt sich jede Lampe in Flugplatz-Beleuchtungsschaltungen individuell überwachen. Das System kann fortlaufend aktualisierte Information über die Position ausgefallener Lampen bereitstellen. Ein Gerät kann zum Anzeigen der Informatipn in lokaler Weise ausgebildet sein, oder zum Übertragen derselben zu jedwedgem anderen Informationssystem bei dem Flugplatz.With a monitoring and control system of the type described above, any lamp in airport lighting circuits can be individually. The system can provide continuously updated information on the location of failed lamps. A device can be arranged to display the information locally or to transmit it to any other information system at the airport.
Das System erfordert kein extra Verkabelung in dem Feld, und es arbeitet mit existierenden Energiekabeln.The system does not require any extra cabling in the field, and it works with existing power cables.
Das LMS Modul 10 kann seine Adresse in einem EEPROM-Speicher 34 speichern, was ein Ändern der gespeicherten Adresse und ein Empfangen von dessen Adresse in einem Binärcode zulässt.The LMS module 10 can store its address in an EEPROM memory 34, which allows changing the stored address and receiving its address in a binary code.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steuer- und Überwachungssystems der vorliegenden Erfindung erfolgt der Einsatz einer Hauptsteuerung, von LMS und/oder DIU Moduln, die an Standardtransformatoren angeschlossen sind, und zwar bei deren Sekundärseite. Das SIU Modul ist ein programmierbare und adressierbares Mikroprozessor-basiertes Sensor- Schnittstellenmodul mit nahezu derselben Funktion für die Oberflächenbewegungs- und Führungssteuersensoren, wie sie ein LMS Modul für eine Lampe aufweist. Es arbeitet an der Sekundärseite eines Isolationstransformators, und erfüllt dieselben Umfeldbedingungen wie ein Isolationstransformator, und es arbeitet in den Strombereich von 2,8 A bis 6,6 A. Ein SIU Modul versorgt einen Sensor 9, und es überwacht dessen Ausgabe. Eine Sensorausgabe kann von dem Typ Präsenzdetektion, Steuerkursdetektion bzw. Betriebspunktdetektion, Sensorselbsttests etc. sein. Allgemein betreffen verwendete Sensoren Oberflächebewegungs- und Führungssteuersysteme (SMGCS, Surface Movement and Guidance Control Systems). Wie erwähnt, überträgt das System Information zwischen dem Hauptsteuersystem und den LMS Einheiten 10 in beide Richtungen, sowie Adressen- und Steuerinformation von dem Steuersystem und Statusinformation von dem LMS Modul, und dasselbe gilt ebenso für ein SIU Modul.In a preferred embodiment of the control and monitoring system of the present invention, use is made of a main controller, LMS and/or DIU modules connected to standard transformers on the secondary side thereof. The SIU module is a programmable and addressable microprocessor-based sensor interface module with almost the same function for the surface movement and guidance control sensors as an LMS module has for a lamp. It operates on the secondary side of an isolation transformer, meets the same environmental conditions as an isolation transformer, and it operates in the current range of 2.8 A to 6.6 A. A SIU module supplies a sensor 9 and monitors its output. A sensor output can be of the type presence detection, heading detection or operating point detection, sensor self-tests, etc. Generally, sensors used relate to surface movement and guidance control systems (SMGCS). As mentioned, the system transfers information between the main control system and the LMS units 10 in both directions, such as address and control information from the control system and status information from the LMS module, and the same applies to a SIU module.
Ferner erfolgt der Informationsaustausch über Signalgebung mit Hochfrequenzsignalen, d. h. einer hohen Frequenz relativ zu den Netzfrequenzen, die oft 50 oder 60 Hz Frequenzen sind, so dass der Informationstransfer bevorzugt bei Frequenzen von beispielsweise 4-7 kHz ausgeführt wird. Dieses allgemein niedrige Frequenzband wird aufgrund einiger Nachteile bei der Signalgebung mit noch höheren Frequenzen bei einer Kommunikation auf Serienkabeln gewählt, beispielsweise:Furthermore, the exchange of information takes place via signaling with high frequency signals, i.e. a high frequency relative to the mains frequencies, which are often 50 or 60 Hz frequencies, so that the information transfer is preferably carried out at frequencies of, for example, 4-7 kHz. This generally low frequency band is chosen due to some disadvantages of signaling with even higher frequencies in communication on serial cables, for example:
- Hohe Dämpfung während der Signalgebung zwischen der Primär- und Sekundärseite der Transformatoren;- High attenuation during signaling between the primary and secondary sides of the transformers;
- hohe Dämpfung bei denjenigen Lampentransformatoren, die an der Kabelschleife angebracht sind;- high attenuation of those lamp transformers that are attached to the cable loop;
- Erzeugung von OszillaEignsknoten bei langen Serienkabeln, und- Generation of oscillation nodes in long series cables, and
- Nebensprechen zwischen unterschiedlichen Serienkabeln.- Crosstalk between different series cables.
Eines der Prinzipien, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, betrifft die Netzfrequenz-Synchronisierung zum Minimieren von netzerzeugten Verzerrungen, und das Codieren mit minimalen Overhead, bei Verwendung eines kleinen Teils für den Zweck der Adressierung. Die Serienschaltungen in einem Flugplatz-Beleuchtungssystem werden allgemein von einer CCR Einheit 12 gespeist. Signifikanterweise erfolgt die Stromsteuerung oft durch Beeinflussung von deren Stromkurve, beispielsweise über eine Thyristorsteuerung, vgl. Fig. 5a und 5b, die Darstellungen einer Transistor-modellierten Netzfrequenzkurve zeigen, sowie deren Hochpassgefiltertes Antwortverhalten mit jeweils ausgefilterter Grundfrequenz. Da die Kurvenform des Stroms demnach von einer rein sinusförmigen abweicht, enthält sie die Harmonische 84, die in dem Frequenzbereich auftreten können, der zum Ausführen der Kommunikation angewandt wird. Harmonische 84 der Grundfrequenz treten meistens dann auf, wenn die Stromsteuereinrichtung - z. B., ein Transistor an- oder abgeschaltet wird, z. B. bei den Nulldurchgängen 86 der Kurve im Zusammenhang mit dem modulierten Strom. Das LMS/SIU System gemäß der Erfindung erzeugt lediglich eine TS Synchronisation für einen Informationstransfer in Zeitintervallen in jedem Halbnetzzyklus, wo der Gehalt an Harmonischen und anderen Verzerrungen bei dem AC Netzfrequenzstrom gering ist.One of the principles underlying the present invention relates to mains frequency synchronization to minimize mains-generated distortions and coding with minimal overhead using a small part for addressing purposes. The series circuits in an airport lighting system are generally fed by a CCR unit 12. Significantly, current control is often achieved by influencing their current waveform, for example via a thyristor control, see Figs. 5a and 5b, which show representations of a transistor-modeled mains frequency waveform and its high-pass filtered response with the fundamental frequency filtered out. Since the waveform of the current therefore deviates from a purely sinusoidal one, it contains the harmonics 84 that can occur in the frequency range used to carry out the communication. Harmonics 84 of the fundamental frequency mostly occur when the current control device - e.g. B., a transistor is turned on or off, e.g. at the zero crossings 86 of the curve associated with the modulated current. The LMS/SIU system according to the invention only generates a TS synchronization for information transfer at time intervals in each half-grid cycle where the content of harmonics and other distortions in the AC line frequency current is low.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet die Übertragung von "1" und "0", wobei ein Bit bei jedem Halbzyklus der Netzfrequenz in einem Zeitschlitz TS gesendet wird, beispielsweise bei sehr kurzen Perioden von 2-3 ms. Ein Zeitschlitz wird in dem Teil des Halbzyklus platziert, bei dem Strom über den Transformator fließt und bei dem der Einfluss der Harmonischen am geringsten ist. Das Auffinden des Teils des Zeitschlitzes könnte empirisch bei der Installationsstufe eines Systems unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erfolgen, und er wäre demnach für dieses spezifische System gültig. Die Signalgebung für die Kommunikation mit den LMS/SIU Moduln wird über sehr kurze Unterbrechungen der sekundärseitigen Transformatorschaltung erzeugt, wodurch eine hohe Impedanz auftritt, und demnach ein Puls einer Hochspannung an der Primärseite des Transformators bei jeder Unterbrechung in dem zugewiesenen Zeitschlitz TS erzeugt wird. Demnach erzeugen die Unterbrechungen hochfrequente Pulse, die der Netzfrequenz in dem zugewiesenen Zeitschlitz TS überlagert sind, mit eindeutiger Unterscheidbarkeit gegenüber Verzerrungen bei Detektion durch die SCM Einheit 60. Die durch die Steuerschaltung 32 gesteuerte Serienschaltung 30 schaltet während sehr kurzen Intervallen, wodurch eine gesteuerte Hochimpedanz an der Sekundärtransformatorseite erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung umfasst immer die Anwendung einer gesteuerten hohen Impedanz für Kommunikationspulse, die in den Pulssignalen enthalten sind. Sie erzeugt einen Spannungspuls während einer kurzen Zeit des Netzfrequenz-Halbzyklus. Die Gesamtheit von derartig während einem spezifischen Halbzyklus erzeugten Pulse werden als ein Pulssignal auf dem Serienkabel übertragen.A preferred embodiment of the present invention uses the transmission of "1" and "0", with one bit being sent at each half cycle of the mains frequency in a time slot TS, for example at very short periods of 2-3 ms. A time slot is placed in the part of the half cycle where current flows across the transformer and where the influence of harmonics is the smallest. Finding the part of the time slot could be done empirically at the installation stage of a system using the present invention, and it would thus be valid for that specific system. The signaling for communication with the LMS/SIU modules is generated via very short interruptions of the secondary side transformer circuit, whereby a high impedance occurs, and thus a pulse of high voltage is generated on the primary side of the transformer at each interruption in the assigned time slot TS. Thus, the interruptions generate high frequency pulses superimposed on the mains frequency in the allocated time slot TS, with clear discrimination against distortions when detected by the SCM unit 60. The series circuit 30 controlled by the control circuit 32 switches during very short intervals, thereby generating a controlled high impedance on the secondary transformer side. The present invention always involves the application of a controlled high impedance for communication pulses contained in the pulse signals. It generates a voltage pulse during a short time of the mains frequency half cycle. The totality of such pulses generated during a specific half cycle are transmitted as a pulse signal on the series cable.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden existierende Stromtransformatoren und nicht zusätzliche Sender zum Versorgen einer Last und zum Erzeugen hochfrequenter Pulssignale verwendet, wobei ein Pulssignal eine Zahl von Pulsen enthält, und wobei jeder einzelne Puls durch eine pulsartige Beeinflussung der Impedanz während einer kurzen Zeit (Erzeugung einer hohen Impedanz) im Vergleich zu einem Halbzyklus, in dem ein Strom fließt, erzeugt wird. Die Unterbrechung der sekundärseitigen Schaltung ist demnach so kurz, dass der Einfluss auf die einer Last zugeführten Energie vernachlässigbar ist.According to the present invention, existing current transformers and not additional transmitters are used to supply a load and to generate high frequency pulse signals, wherein a pulse signal contains a number of pulses, and wherein each individual pulse is generated by a pulse-like influence on the impedance during a short time (generation of a high impedance) compared to a half cycle in which a current flows. The interruption of the secondary side circuit is therefore so short that the influence on the energy supplied to a load is negligible.
Sind Unterbrechungen an der Sekundär-Transformatorseite beispielsweise länger als ein Netzfrequenz-Halbzyklus, so erfährt der Transformator eine Sättigung, was zu nahezu keiner Impedanz führt, d. h. keiner Erzeugung eines Hochspannungspulses, jedoch zu einer hart detektierbaren Verzerrung durch die Änderung des Magnetflusses. Es würde im Zusammenhang mit dem Stand der Technik ein mit dem Serienkabel mittels einem speziell entworfenen Transformator verbundenener Sender erforderlich sein, zum Erzeugen eines Hochspannungspulses gemäß der vorliegenden Erfindung.If interruptions on the secondary transformer side are, for example, longer than a line frequency half cycle, the transformer will saturate, resulting in almost no impedance, i.e. no generation of a high voltage pulse, but a hard-to-detect distortion due to the change in magnetic flux. In the context of the prior art, a transmitter connected to the series cable via a specially designed transformer would be required to generate a high voltage pulse according to the present invention.
Der in der SCM Einheit angeordnete Empfänger für Signale von den LMS und/oder SIU Moduln ist lediglich während derjenigen Zeitschlitze abgetrennt, während denen eine Übertragung voranschreitet. Dies impliziert, dass Sender und Empfänger zeitlich synchronisiert sein sollten, und die Genauigkeit sollte in dem Bereich von 0.1 ms liegen. Für den Fachmann wäre es natürlich gewesen, Nulldurchgänge für die Synchronisierung der Zeitschlitze mit der Netzfrequenz zu verwenden. Unglücklicherweise hat eine derartige Vorgehensweise Nachteile betreffend zusätzlicher Nulldurchgänge aufgrund der Harmonischen mit überlagertem Rauschen. Zum Überwinden derartiger Nachteile wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ausführungsform für eine erfinderische Lösung zum Synchronisieren eines Zeitschlitzes mit den Halbzyklen offenbart.The receiver located in the SCM unit for signals from the LMS and/or SIU modules is only disconnected during those time slots during which a transmission is in progress. This implies that transmitter and receiver should be synchronized in time and the accuracy should be in the range of 0.1 ms. For the skilled person it would have been natural to use zero crossings for synchronizing the time slots with the mains frequency. Unfortunately such an approach has disadvantages regarding additional zero crossings due to the harmonics with superimposed noise. To overcome Such disadvantages, according to the present invention, an embodiment of an inventive solution for synchronizing a time slot with the half cycles is disclosed.
Unter Bezug auf Fig. 6 ist gezeigt, dass eine bevorzugte Lösung auf einem Verfahren zum Bestimmen des Schwerpunkts für denjenigen spezifischen Zeitpunkt tc der Netzfrequenz basiert, wo der Bereich unterhalb der Kurve für den Halbzyklus auf beiden Seiten von tc gleich ist, d. h. der Bereich links von tc ist ausgedrückt als Y1, und ist gleich zu dem Bereich rechts zu dem Zeitpunkt tc, ausgedrückt als Y2. Es ist zu erwähnen, dass der Bereich um tc nicht symmetrisch ist, aufgrund der Modulation des Stroms von dem Stromgenerator. Sowohl die Sender als auch die Empfänger sind gehalten, die Position des Schwerpunkts zu berechnen und hierdurch den Zeitschlitz für die Kommunikation in Relation zu dem Zeitpunkt tc zu positionieren.Referring to Fig. 6, it is shown that a preferred solution is based on a method for determining the center of gravity for that specific time tc of the mains frequency where the area under the curve for the half cycle is equal on both sides of tc, i.e. the area to the left of tc is expressed as Y1, and is equal to the area to the right of the time tc, expressed as Y2. It is to be noted that the area around tc is not symmetrical due to the modulation of the current from the current generator. Both the transmitters and the receivers are required to calculate the position of the center of gravity and thereby position the time slot for communication in relation to the time tc.
Die Schaltung gemäß Fig. 7 stellt eine erfinderische Schaltungsausführung zum Synchronisieren der Zeitschlitze in Relation zu der Zeit tc für einen angenommenen Schwerpunkt gemäß Fig. 6 dar.The circuit according to Fig. 7 represents an inventive circuit design for synchronizing the time slots in relation to the time tc for an assumed center of gravity according to Fig. 6.
Es gibt andere mögliche Ausführungsformen im Hinblick auf die Synchronisierung innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung für einen Fachmann, einschließlich der Software-Lösungen. Weitere Lösungen für eine Synchronisierung zwischen einer SCM Einheit 14 und LMS/SIU Moduln könnten beispielsweise ein Filtern jedes Halbzyklussignals - beispielsweise mit einem geeigneten Bandpassfilter - sein, und die Anwendung der Zeit dann, wenn beispielsweise die Hälfte des Spitzenwerts (Engl.: peek value) abgerufen wird, möglicherweise in Kombination mit einer Phsenregelkreistechnik. Es liegt auch im Rahmen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, eine derartige Lösung für ein Meldungstransfersystem im Zusammenhang mit Beleuchtungssystemen, insbesondere für Systeme für Flugplätze, zu beanspruchen.There are other possible embodiments with regard to synchronization within the scope of the present invention for a person skilled in the art, including software solutions. Further solutions for synchronization between an SCM unit 14 and LMS/SIU modules could be, for example, filtering each half-cycle signal - for example with a suitable bandpass filter - and applying the time when, for example, half of the peak value is retrieved, possibly in combination with a phase-locked loop technique. It is also within the scope of the present invention to claim such a solution for a message transfer system in connection with lighting systems, in particular for systems for airfields.
Unter Bezug auf die Fig. 6 und die Fig. 7 zeigt die Fig. 7 eine Schaltung 79 zum Erzeugen einer Rechteckwelle C0, deren Frequenz der doppelten Netzfrequenz gleicht, und deren Phase so ausgebildet ist, dass ihre negative Flanke mit dem Schwerpunkt im Zeitpunkt tc übereinstimmt. Ein Operationsverstärker A1 ist als ein Inverter A1 angeschlossen. A2 und A3 sind Verstärker, die als Integratoren (12, 13) angeschlossen sind. 51, 52 und 53 sind Halbleiterschalter. FF ist ein Flip-Flop, das als Frequenzteiler verwendet wird, und VCO ist ein spannungsgesteuerter Oszillator. Ist C3 bei einem hohen Pegel, so eilt 51 voran, und der Integrator A2 integriert den Bereich Y1, und liegt C2 bei einem hohen Pegel, so führt 52, und A2 integriert den Bereich Y2, jedoch mit einem umgekehrten Vorzeichen, so dass die Ausgangsspannung von A2 bei der negativen Flanke von C2 propoitional zu Y2-Y1 ist. Während der Zeit, zu der C2 hoch ist, ist 53 leitend, und ist die Ausgangsspannung von A2 gegenüber Null separiert, so steigt die Ausgangsspannung von A3 oder sie sinkt, abhängig von der Polarität der A2 Ausgangsspannung. Demnach erhöht oder verringert der VCO seine Ausgangsfrequenz. Eine Ausgangsspannung von A3 bleibt konstant, wenn die C0 Frequenz gleich der doppelten Netzfrequenz ist, und die Phase für C0 so ausgebildet ist, dass gilt Y1 = Y2. Die Rückkopplung der Signale C2, C3, C4 wird über eine Gatterschaltung G erzielt.Referring to Fig. 6 and Fig. 7, Fig. 7 shows a circuit 79 for generating a square wave C0 whose frequency is twice the mains frequency and whose phase is designed so that its negative edge coincides with the center of gravity at time tc. An operational amplifier A1 is connected as an inverter A1. A2 and A3 are amplifiers connected as integrators (12, 13). 51, 52 and 53 are semiconductor switches. FF is a flip-flop used as a frequency divider and VCO is a voltage controlled oscillator. When C3 is at a high level, 51 leads and the integrator A2 integrates the range Y1 and C2 is at a high level. level, 52 conducts, and A2 integrates the range Y2, but with an opposite sign, so that the output voltage of A2 at the negative edge of C2 is proportional to Y2-Y1. During the time that C2 is high, 53 is conducting, and if the output voltage of A2 is separated from zero, the output voltage of A3 increases or decreases, depending on the polarity of the A2 output voltage. Accordingly, the VCO increases or decreases its output frequency. An output voltage of A3 remains constant if the C0 frequency is equal to twice the mains frequency, and the phase for C0 is such that Y1 = Y2. The feedback of the signals C2, C3, C4 is achieved via a gate circuit G.
Es erfolgt ein weiterer Bezug auf die Fig. 6 und die Fig. 7. Allgemein kann jedes Gerät zum Synchronisieren von Pulssignalen zu modulierten AC Netzfrequenz-Halbzyklen verwendet werden, unter Ausführung der folgenden Vorgehensweise, zum Bestimmen der Zeit tc, die den Schwerpunkt für ein AC Halbzyklen-Amplitudensignal festlegt. Das Gerät sollte eine Vorrichtung 79 zum Bestimmen einer Zeit tc haben, für die der Bereich Y1 vor der Zeit tc gleich dem Bereich Y2 nach der Zeit tc ist. Die Bestimmung der Zeit tc wird unter Bezug auf eine geeignet voreingestellte Zeit bei Beginn eines wiederholten Zyklus zum Bestimmen der Zeit tc ausgeführt.Further reference is made to Fig. 6 and Fig. 7. In general, any device for synchronizing pulse signals to modulated AC line frequency half cycles may be used by performing the following procedure for determining the time tc which establishes the center of gravity for an AC half cycle amplitude signal. The device should have means 79 for determining a time tc for which the range Y1 before the time tc is equal to the range Y2 after the time tc. The determination of the time tc is carried out with reference to a suitably preset time at the start of a repeated cycle for determining the time tc.
Ferner sollte das Gerät eine Vorrichtung 79 für ein fortlaufendes Synchronisieren der Pulssignale haben, uns zwar zu modulierten AC Netzfrequenz-Halbzyklen zum Bestimmen einer Zeit tc, für die der Amplitudensignalbereich Y1 vor der Zeit Telefon gleich dem Amplitudensignalbereich Y2 ist, der der Zeit tG folgt. Die Vorrichtung 79 sollte eine erste Vorrichtung 12 enthalten, zum Integrieren der Halbzyklen- Signalamplitudenbereiche Y1, Y2 für den Bereich Y1 während einer voreingestellten Zeit und für den Bereich Y2 für die verbleibende Halbzykluszeit, die der voreingestellten Zeit folgt. Die nächste getroffene Maßnahme besteht im Vergleich der Integrationsergebnisse der Vorrichtungen 11, 12, zum Vergleichen der Bereiche der integrierten Amplitudensignale, unter Anwendung der Ausgangsgröße des Vergleichs bei der Steuervorrichtung 13 zum Steuern der voreingestellten Zeit zum Erzielen eines Versatzes mittels FF, G. Der Versatz induziert eine Steuerung zu der Zeit tc. Die Integration wird wiederholt, bis die Bereiche Y1, Y2 gleich sind, zum Auffinden der Zeit tc, und zum Anwenden derselben als Referenz für die Synchronisierung der Pulssignale.Furthermore, the device should have means 79 for continuously synchronizing the pulse signals to modulated AC mains frequency half cycles to determine a time tc for which the amplitude signal range Y1 before the time tG is equal to the amplitude signal range Y2 following the time tG. The means 79 should include first means 12 for integrating the half cycle signal amplitude ranges Y1, Y2 for the range Y1 during a preset time and for the range Y2 for the remaining half cycle time following the preset time. The next action taken is to compare the integration results of the devices 11, 12 for comparing the ranges of the integrated amplitude signals, applying the output of the comparison to the control device 13 for controlling the preset time to obtain an offset by means of FF, G. The offset induces a control at the time tc. The integration is repeated until the ranges Y1, Y2 are equal to find the time tc and apply it as a reference for synchronizing the pulse signals.
Ein bevorzugter Startwert für die voreingestellten Zeitperiode könnte die Zeit gemäß ¹/&sub4; der Zyklusdauerzeit eines nicht modulierten sinusförmigen AC Netzfrequenzsignals sein, d. h. 5 ms für 50 Hz und näherungsweise 4.17 ms für 60 Hz.A preferred starting value for the preset time period could be the time corresponding to ¹/₄ of the cycle time of a non-modulated sinusoidal AC mains frequency signal, i.e. 5 ms for 50 Hz and approximately 4.17 ms for 60 Hz.
Ein wie oben beschriebenes Gerät könnte in dem Hauptsteuersystem eines Flugplatz-Beleuchtungssystems verwendet werden, angeschlossen an ein Serienkabel, für die Zeitschlitz-Synchronisierung zu AC Netzfrequenz- Halbzyklen.A device as described above could be used in the main control system of an airport lighting system, connected to a serial cable, for time slot synchronization to AC mains frequency half cycles.
Es ist bevorzugt korrekt, davon auszugehen, dass ein Teil um oder angrenzend an einen Schwerpunkt für ein moduliertes AC Netzfrequenz- Halbzyklen-Amplitudensignal weniger Verzerrungen als andere Teile enthält, beispielsweise Teile in der Nähe eines Nulldurchgangs eines modulierten Signals.It is preferably correct to assume that a part around or adjacent to a centroid for a modulated AC line frequency half-cycle amplitude signal contains less distortion than other parts, for example, parts near a zero crossing of a modulated signal.
Das Codieren der Kommunikationssignale beruht auf der Synchronisierung mit der Netzfrequenz und einer spezifischen Vorgehensweise zum Einsetzen der Zeitschlitze, wo jeder Halbzyklus der Netzfrequenz einen Zeitschlitz enthält. Der Meldungstransfer oder die Kommunikation wird gemäß einem Master/Slave-Prinzip durchgeführt, wo ein SCM der Master ist, und die verteilten LMS/SIU Moduln Slave-Einheiten sind. Ein SCM sendet Anweisungen, unter Adressierung der betroffenen LMS und/oder SIU Modulgruppe, und die LMS/SIU Moduln antworten mit ihrer Statusinformation (AN oder AUS) in Folge, bei jedem einzelnen Halbzyklus in einem Zeitschlitz. Die SCM sendet Meldungen (SCM Meldungen) in programmierbaren (d. h., im Hinblick auf die Zahl der Zeitschlitze) Zeitintervallen, beispielsweise eine Meldung bei jedem 30-ten Halbzyklus. Eine Meldung könnte, neben anderen Größen, eine Meldungszahl enthalten, eine Anweisung, und eine Adresse an die spezifische LMS Gruppe, für die die Meldung beabsichtigt ist. Jeder einzelne der 30 Zeitschlitze nach der SCM Meldung hat eine Zeitschlitznummer, die durch die SCM Meldungsnummer und die spezifische Folgenummer für den Zeitschlitz bestimmt ist, d. h. seiner Position nach der SCM Meldung. Bei diesen spezifischen Ausführungsformen sind maximal 30 LMS Einheiten in der Lage, nach einer SCM Meldung zu antworten, wonach eine neue SCM Meldung gesendet wird.The coding of the communication signals is based on synchronization with the mains frequency and a specific procedure for inserting the time slots, where each half cycle of the mains frequency contains a time slot. The message transfer or communication is carried out according to a master/slave principle, where an SCM is the master and the distributed LMS/SIU modules are slave units. An SCM sends instructions, addressing the LMS and/or SIU module group concerned, and the LMS/SIU modules respond with their status information (ON or OFF) in sequence, every single half cycle in a time slot. The SCM sends messages (SCM messages) at programmable (i.e., in terms of the number of time slots) time intervals, for example one message every 30th half cycle. A message could contain, among other things, a message number, an instruction, and an address to the specific LMS group for which the message is intended. Each one of the 30 time slots after the SCM message has a time slot number determined by the SCM message number and the specific sequence number for the time slot, i.e. its position after the SCM message. In these specific embodiments, a maximum of 30 LMS units are able to respond to an SCM message, after which a new SCM message is sent.
Im Zusammenhang mit der Installation des Meldungs- und Überwachungsverfahrens und Systems gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedem LMS/SIU Modul eine oder mehrere Gruppenadressen zugewiesen, sowie ein oder mehrere Zeitschlitze, während dem/denen die LMS(SIU Moduln mit ihrer Statusinformation antworten sollten, beispielsweise AN, AUS oder FEHLER.In connection with the installation of the reporting and monitoring method and system according to the present invention, each LMS/SIU module is assigned one or more group addresses, as well as one or more time slots during which the LMS(SIU modules should respond with their status information, for example ON, OFF or ERROR.
Dies bedeutet, dass SIU Moduln mit einer Anforderung für ein schnelles Antworten - beispielsweise mit SIU Modul ausgestattete Sensoren - mindestens einen Zeitschlitz für jede SCM Meldungsnummer zugewiesen wird, so dass anderen LMS Moduln ein Zeitschlitz zugewiesen wird, der lediglich zu einer spezifischen SCM Meldungsnummer gehört. Wie erwähnt, wird die SCM Meldung gemäß gleichförmigen bzw. geradzahligen Zeitintervallen übertragen, jedoch kann die Meldungszahl so gewählt sein, dass die nachfolgenden Zeitschlitze Antworten von den LMS/SIU Moduln enthalten, die für den gegebenen Zeitpunkt antworten müssen. Wird beispielsweise eine Anweisung gesendet und an eine spezifische Gruppe adressiert, so wird eine Antwort für diese Gruppe sobald als möglich als Empfang der Anweisung und deren Annahme erwartet. Die Meldungsübertragungssequenzen werden nachfolgend detaillierter beschrieben.This means that SIU modules with a requirement for a fast response - for example, sensors equipped with SIU modules - are allocated at least one time slot for each SCM message number, so that other LMS modules are allocated a time slot that only corresponds to a specific SCM message number. As mentioned, the SCM message is transmitted according to uniform or even-numbered time intervals, but the message number can be chosen so that the subsequent time slots contain responses from the LMS/SIU modules that must respond at the given time. For example, if an instruction is sent and addressed to a specific group, a response for that group is expected as soon as possible as receipt of the instruction and its acceptance. The message transmission sequences are described in more detail below.
Nun ist unter Bezug auf die Fig. 8 eine Serienschaltung 2 mit ihren Verbindern und Schnittstellen gemäß der Erfindung dargestellt. Das Lichtüberwachungs-Schaltsystem ist für die Anwendung bei einer Flugplatz- Beleuchtungssteuerung entworfen, und es lässt sich in existierende Serienschaltungen integrieren. Ein kleines elektronisches Modul LMS und/oder SIU Modul (mit SIU in Fig. 8 bezeichnet) ist an jeder Last 4, 9 angebracht, die individuell zu überwachen und/oder an/abzuschalten ist. Es werden Hochfrequenzsignale, die auf dem Energieleitungsnetz überlagert sind, für die Kommunikation zwischen Einheiten verwendet. Demnach ist keine zusätzliche Verkabelung in dem Feld erforderlich.Referring now to Fig. 8, a series circuit 2 with its connectors and interfaces according to the invention is shown. The light monitoring circuit system is designed for use in an airfield lighting control system and can be integrated into existing series circuits. A small electronic module LMS and/or SIU module (designated SIU in Fig. 8) is attached to each load 4, 9 which is to be individually monitored and/or switched on/off. High frequency signals superimposed on the power line network are used for communication between units. Accordingly, no additional cabling is required in the field.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist das System für Serienschaltungen spezifiziert, die in einem Strombereich von näherungsweise 2.8-6.6 A und Spannungen bis zu 5 kV arbeiten.In this preferred embodiment, the system is specified for series circuits operating in a current range of approximately 2.8-6.6 A and voltages up to 5 kV.
Das LMS/SIU Modul ist ein individuell adressierbares Modul, und jedes Modul hat seine eigene Gruppe von Parametern, zum Definieren von seinem Arbeitsbereich, einschließlich seiner eindeutigen Identität. Parameter sind nachfolgend beschrieben und aufgelistet.The LMS/SIU module is an individually addressable module, and each module has its own set of parameters for defining its working area, including its unique identity. Parameters are described and listed below.
Die SCM Einheit vermittelt Kommunikationssignale zu und von der Serienschaltungen von Moduln wie LMS 10/DIU 11. Sie empfängt und überträgt Datenblöcke von oder zu einer CU Einheit 24 beispielsweise über ein RS-232- C Serien-Kommunikationskabel 2.The SCM unit transmits communication signals to and from the series connections of modules such as LMS 10/DIU 11. It receives and transmits data blocks from or to a CU unit 24, for example via an RS-232- C serial communication cable 2.
Demnach verteilt und sammelt die CU 16 Information zu und von jeweils einer Zahl von SCM Einheiten 60 abhängig von der Systemkomplexität. Die CU 16 selbst kommuniziert entweder mit einer anderen CU 16 oder einer anderen Einheit wie einem Personalcomputer (PC) 24, 25 oder anderen Zenteralprozessor-basierten Einheiten abhängig von der Systemkomplexität.Accordingly, the CU 16 distributes and collects information to and from a number of SCM units 60 depending on the system complexity. The CU 16 itself communicates either with another CU 16 or another Unit such as a personal computer (PC) 24, 25 or other central processor-based units depending on the system complexity.
Ein Serienschaltungsfilter (SCF) 62 vermeidet, dass hochfrequente Kommunikationssignale die CCR Einheit 12 der Schaltung erreichen.A series circuit filter (SCF) 62 prevents high frequency communication signals from reaching the CCR unit 12 of the circuit.
Transformatoren 6 sind beispielsweise von dem Typ Isolationstransformator FAA 830, 200 W. Die LMS, SCF und SCM Verbinder 96 sind beispielsweise von dem Typ L-823. Ferner wird die SCF Verbindung 98 mit T-Adaptern über den CCR Ausgang erzielt.Transformers 6 are, for example, of the type Isolation transformer FAA 830, 200 W. The LMS, SCF and SCM connectors 96 are, for example, of the type L-823. Furthermore, the SCF connection 98 is achieved with T-adapters via the CCR output.
Die Fig. 9 zeigt ein Airfield Smart Part ® (ASP) gesteuertes Flugplatz-Beleuchtungssystem.Fig. 9 shows an Airfield Smart Part ® (ASP) controlled airfield lighting system.
An jeden Aufbau von Lichtern, die als Gruppe zu betreiben sind, getrennt von anderen Aufbauten, wird eine alpha-numerische "Lichtfunktions- Bezeichnung" TWY1, TWY2, TWY3, L01, SB1 etc. vergeben. Beispiele derartiger Gesamtheiten sind Haltelinien (Engl.: stopbars) (SB), Weiterleit- (LO) und Rollfeld (TWY)-Segmente in einem Rollfeldführungssystem. Bei dieser Ausführungsform kann jedes Licht einen Teil von bis zu vier Funktionsaufbauten bilden. Die Fig. 9 zeigt ein Licht, das mit drei Lichtfunktionen (G1,2,3) verbunden ist.Each assembly of lights to be operated as a group, separate from other assemblies, is assigned an alpha-numeric "light function designation" TWY1, TWY2, TWY3, L01, SB1 etc. Examples of such assemblies are stopbars (SB), guide lines (LO) and taxiway (TWY) segments in a taxiway guidance system. In this embodiment, each light can form part of up to four function assemblies. Fig. 9 shows a light connected to three light functions (G1,2,3).
Ein Lichtfunktionsaufbau kann aus Lichtern bestehen, die mit unterschiedlichen Serienschaltungen verbunden sind. An alle Lichter, die mit einer Serienschaltung verbunden sind, zu derselben Lichtfunktion gehört, wird ein Gruppenadresse (G1, G2, G3, G4, G5) vergeben, die eindeutig für diese Lichtfunktion bei dieser spezifischen Schaltung ist.A lighting function setup can consist of lights connected to different series circuits. All lights connected to a series circuit belonging to the same lighting function are assigned a group address (G1, G2, G3, G4, G5) that is unique to this lighting function for this specific circuit.
An alle Lichter wird eine individuelle Adresse (A1, A2,.., A7, A8) vergeben, die eindeutig für die Schaltung ist, an der das Licht angebracht ist. An sogenannte Lichtbefestigungen mit zwei, getrennt gesteuerten Lampen wird eine Adresse für jede Lampe vergeben.All lights are assigned an individual address (A1, A2,.., A7, A8) that is unique to the circuit to which the light is attached. So-called light fixtures with two separately controlled lamps are assigned an address for each lamp.
Sensoren in einem ASP gesteuerten Flugplatz-Beleuchtungssystem sind wie folgt entworfen.Sensors in an ASP controlled airport lighting system are designed as follows.
An jedem Aufbau von Sensoren, die als eine Gruppe zu betreiben sind, allgemein ein Sender und ein Empfänger, wird eine alpha-numerische "Sensorfunktion" Bezeichnung vergeben.Each assembly of sensors that are to be operated as a group, generally a transmitter and a receiver, is assigned an alpha-numeric "Sensor Function" designation.
Ein Sensor 9 kann einen oder mehrere Eingänge für einen Selbsttest etc. aufweisen. An jeden Sensor 9 Eingang (maximal vier bei dieser Ausführungsform) wird eine Gruppenadresse vergeben, die eindeutig für die Serienschaltung ist, an der der Sensor angebracht ist. Der Sensor ist über eine Sensor-Schnittstelleneinheit (SIU) angebracht, die mit der Serienschaltung über einen Isolationstransformator 4 verbunden ist, und die mit der SCM 60 in derselben Weise wie die LMS/SIU Moduln 10, 11 kommuniziert.A sensor 9 may have one or more inputs for self-testing etc. Each sensor 9 input (maximum four in this embodiment) is assigned a group address which is unique to the series circuit to which the sensor is attached. The sensor is attached via a sensor interface unit (SIU) which is connected to the series circuit via an isolation transformer 4 and the communicates with the SCM 60 in the same way as the LMS/SIU modules 10, 11.
An alle Sensoren wird eine individuelle Adresse vergeben, die eindeutig für die Schaltung ist, mit der deren Empfänger verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform kann jeder Empfänger bis zu drei Eingänge haben, und bis zu vier Ausgänge, die sich mit der Adresse steuern lassen.All sensors are assigned an individual address that is unique to the circuit to which their receiver is connected. In this embodiment, each receiver can have up to three inputs and up to four outputs that can be controlled with the address.
Es wird ein Informationsaustausch gemäß der in Fig. 10 gezeigten Struktur ausgeführt, und die Pfeile zeigen den Austauschablauf. Die oberste Box in der Figur bildet das höhere Systemniveau.Information exchange is carried out according to the structure shown in Fig. 10, and the arrows show the exchange flow. The top box in the figure represents the higher system level.
Die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Niveaus ist vom Master/Slave-Typ, wo das höhere Niveau immer der Master ist. der Master bewirkt einen Anruf des Slave-Einheiten, unter Bewertung der Antwort, und ist eine spezifische Programmbedingung erfüllt, so wird die Abrufsequenz unterbrochen und eine Anweisung nach unten zu dem System gesendet, wodurch die Bewertung eingegebener oder festgelegter Bedingungen bei dem Systemniveau ausgeführt wird, das so niedrig wie möglich ist. Zum Erzielen von kurzen Antwortzeiten wird die Information soweit wie möglich verdichtet, bevor sie aufwärts zu dem System übertragen wird. Demnach lassen sich die Anforderungen an den Kanal für Übertragen der Information auf einer niedrigen Basis halten. Allgemein wird lediglich Information im Zusammenhang mit Änderungen im Status von einem Niveau zu einem anderen transferiert. Beispielsweise wird Information über den Status individueller Lichter lediglich dann nach oben in dem System gesendet, wenn ein Lampenfehler auftritt. Solange die Lampe arbeitet, kann ihr Status anhand des Status der Lichtfunktionen bewertet werden, zu denen sie gehört.Communication between different levels is of the master/slave type, where the higher level is always the master. The master causes a call to the slave units, evaluating the response, and if a specific program condition is met, the polling sequence is interrupted and an instruction is sent down to the system, whereby the evaluation of entered or specified conditions is carried out at the system level that is as low as possible. To achieve short response times, the information is condensed as much as possible before being transmitted up to the system. Thus, the requirements for the channel for transmitting the information can be kept at a low level. Generally, only information related to changes in status is transferred from one level to another. For example, information about the status of individual lights is only sent up in the system when a lamp fault occurs. As long as the lamp is working, its status can be evaluated based on the status of the lighting functions to which it belongs.
Ein für die Schnittstellenbildung bei der Kommunikation zu einem externen Host-System eingesetztes Protokoll kann vom Standardtyp sein, beispielsweise Allen-Bradley Data Highway + oder Omron Sysway System. Die für die Kommunikation zwischen CU und SCM und zwischen den LMS Moduln 10 oder SIU Moduln 10 verwendeten Protokolle sind proprietär. Abhängig von der Anwendung lässt sich ein RS-232, RS-485, ein Kurzbereichs-Modem oder ein Lichtleitfaser-Modem auswählen.A protocol used for interfacing communication with an external host system can be of a standard type, such as Allen-Bradley Data Highway + or Omron Sysway System. The protocols used for communication between CU and SCM and between LMS Modules 10 or SIU Modules 10 are proprietary. Depending on the application, RS-232, RS-485, short-range modem or fiber optic modem can be selected.
Im Hinblick auf die Kommunikation zwischen LMS/SIU Moduln und SCM Einheiten 60 sind Signale mit der Netzfrequenz so synchronisiert, dass ein Bit bei jedem Halbzyklus gesendet wird, und jedes Bit besteht aus einem Bündel von Pulsen. Die Frequenzen dieser bevorzugten Ausführungsformen werden beispielsweise in dem Bereich 4-7 kHz wie folgt gewählt:With regard to communication between LMS/SIU modules and SCM units 60, signals are synchronized with the line frequency such that one bit is sent every half cycle, and each bit consists of a burst of pulses. The frequencies of these preferred embodiments are chosen, for example, in the range 4-7 kHz as follows:
Von SCM: "1" = f1 (Frequenz 1)From SCM: "1" = f1 (frequency 1)
"0" = f3 (Frequenz 3)"0" = f3 (frequency 3)
Von LMS "1" = f2 (Frequenz 2)From LMS "1" = f2 (frequency 2)
"Q" = f3 (Frequenz 3)"Q" = f3 (frequency 3)
SCM 60 sendet oft Synchronisiersignale gemäß einem der nachfolgend beschriebenen Verfahren, mit oder ohne Anweisungen an die LMS und/oder SIU Moduln. Die LMS und/oder SIU Moduln antworten, eines nach dem anderen, während dem Zeitschlitz (Halbzyklus), der durch eine individuelle Adresse für ein LMS oder SIU gegeben ist. Gemäß dieser Vorgehensweise antworten die LMS oder SIU Moduln mit einer "1" dann, wenn eine Last AN ist, und mit einer "0" dann, wenn sie AUS ist. Im Fall einer Last 4, 9 wird ein Fehlernichtantwort-Signal übertragen.SCM 60 often sends synchronization signals according to one of the methods described below, with or without instructions, to the LMS and/or SIU modules. The LMS and/or SIU modules respond, one at a time, during the time slot (half cycle) given by an individual address for an LMS or SIU. According to this procedure, the LMS or SIU modules respond with a "1" when a load is ON and with a "0" when it is OFF. In the case of a load 4, 9, an error non-response signal is transmitted.
Es gibt zwei Typen von Synchronisiersignalen: das "Shortsync" (SS) und das "Longsync" (LS). Werden keine Anweisungen übertragen, so wird ein SS wiederholt für LMS/SIU Moduln Überwachungszwecke übertragen. Ein LS enthält eine Anweisung, die lediglich dann übertragen wird, wenn ein neuer Befehl auszuführen ist, und er wird wiederholt, bis zufriedenstellende Antworten von dem LMS/SIU Modul empfangen werden. Das SS und das LS sind beide von #1 bis #8 in dieser Ausführungsform nummeriert, jedoch bevorzugt programmierbar.There are two types of synchronization signals: the "Shortsync" (SS) and the "Longsync" (LS). When no instructions are being transmitted, an SS is transmitted repeatedly for LMS/SIU module monitoring purposes. An LS contains an instruction that is transmitted only when a new command is to be executed and is repeated until satisfactory responses are received from the LMS/SIU module. The SS and LS are both numbered #1 to #8 in this embodiment, but are preferably programmable.
Nun erfolgt unter Bezug auf die Fig. 11 eine Darstellung der Shortsync Prozedur. Die Zeit zwischen Shortsync-Einheiten ist durch die Zahl belegter Zeitschlitze zwischen Synchronisierworten (Sync-Worten) gegeben. Es wird bevorzugt, dass jedem LMS oder SIU Modul zwei Zeitschlitze zugewiesen werden können, die einander folgen, von den acht möglichen Sync- Worten, jedoch folgt allgemein lediglich ein Zeitschlitz einem der acht Sync-Worte, die einem LMS zugewiesen sind.Referring now to Fig. 11, an illustration of the shortsync procedure is given. The time between shortsync units is given by the number of occupied time slots between synchronization words (sync words). It is preferred that each LMS or SIU module can be assigned two time slots following each other out of the eight possible sync words, but generally only one time slot follows one of the eight sync words assigned to an LMS.
Unter Beachtung eines Sensors 9 als Last wird einem SIU allgemein ein Zeitschlitz zugewiesen, nach jedem der acht Sync-Worte. Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel, wo eine Gesamtheit von 240 Zeitschlitzen für die Kommunikation verwendet wird, was einem Flugplatz-Beleuchtungssystem mit beispielsweise 240 LMS Moduln oder 160 LMS Moduln und 10 SIU Moduln entspricht. Die Zeitperiode für eine Netzfrequenz von 60/50 Hz im Hinblick auf ein Sync-Wort und 30 Zeitschlitze beträgt 304 oder 380 ms, und die Gesamtheit für acht Sync-Worte und 240 Zeitschlitze beträgt jeweils 2432 oder 3040 ms. Wie erwähnt, werden Sync-Worte übertragen und Zeitschlitze werden wiederholt zugewiesen. Demnach wird das Sync-Wort #1 gesendet, nachdem ein Zeitschlitz 240 verstrichen ist, und die Prozedur wird zyklisch in einer stationären Folge wiederholt, sofern keine Unterbrechung durch ein Longsync erfolgt.Considering a sensor 9 as a load, a SIU is generally assigned a time slot after each of the eight sync words. Fig. 11 shows an example where a total of 240 time slots are used for communication, corresponding to an airfield lighting system with, for example, 240 LMS modules or 160 LMS modules and 10 SIU modules. The time period for a mains frequency of 60/50 Hz with respect to one sync word and 30 time slots is 304 or 380 ms, and the total for eight sync words and 240 time slots is 2432 or 3040 ms, respectively. As mentioned, sync words are transmitted and time slots are assigned repeatedly. Accordingly, sync word #1 is sent after a time slot 240 has elapsed, and the procedure is cyclically repeated. repeated in a stationary sequence, unless interrupted by a long sync.
Es folgt wiederum ein Bezug auf die Fig. 11, für eine Erläuterung der Felder der Einheit Shortsync, und diese sind Startbit, Nummer, Identifier und Prüfsumme, Startbit, No, Id, CRC). Die Shortsync-Einheit enthält 8 Bit, 1 Bit für das Startbit, 3 Bit für die Nummer (nnn), 1 Bit für Id und 3 Bit für die Prüfsumme (ccc). Das Startbit "1" entspricht einer Frequenz, die lediglich durch die SCM Einheiten verwendet wird, und nicht durch die LMS und/oder SIU Moduln. Die drei Nummer-Bits nnn entscheiden, von welcher LMS eine Antwort angefordert wird, und das ID Feld entspricht [0 = Shortsync]. Zum Minimieren des Risikos einer falschen Detektion aufgrund der Distanzen, ist eine Prüfsumme (ccc) gemäß einem zyklischen redundanten Code (CRC) hinzugefügt. CRC Codes sind im Stand der Technik bekannt, und demnach wird hier eine detaillierte Beschreibung der Technik weggelassen.Refer again to Fig. 11 for an explanation of the fields of the Shortsync unit, and these are Startbit, Number, Identifier and Checksum (Startbit, No, Id, CRC). The Shortsync unit contains 8 bits, 1 bit for the start bit, 3 bits for the number (nnn), 1 bit for Id and 3 bits for the checksum (ccc). The start bit "1" corresponds to a frequency that is only used by the SCM units and not by the LMS and/or SIU modules. The three number bits nnn decide from which LMS a response is requested and the ID field corresponds to [0 = Shortsync]. To minimize the risk of false detection due to distances, a checksum (ccc) according to a cyclic redundant code (CRC) is added. CRC codes are well known in the art, and therefore a detailed description of the technique is omitted here.
Es erfolgt ein Bezug auf die Fig. 12 für die Übertragung von LS. Ist eine Anweisung zu übertragen, so wird die stationäre Folge unterbrochen, mit der Ausnahme, dass ein Abschluss der zuletzt übertragenen Shortsync- Nummernfolge zugelassen wird, beispielsweise der Folge #7, wenn anwendbar. Hiernach wird das Longsync-Wort mit dem geeigneten Befehl übertragen, wodurch die Synchronisierzahl (sync #) so gewählt wird, dass sie dem Zeitpunkt entspricht, zu dem die adressierte Gruppe einen Zeitschlitz hat, innerhalb dem sie antworten kann.Reference is made to Fig. 12 for the transmission of LS. When there is an instruction to be transmitted, the stationary sequence is interrupted, except that completion of the last transmitted short sync number sequence is allowed, e.g. sequence #7 if applicable. Thereafter, the long sync word is transmitted with the appropriate command, choosing the sync number (sync #) to correspond to the time at which the addressed group has a time slot within which to respond.
Die Fig. 12 dient einer Erläuterung der Felder in LS, und diese sind Startbit, Nummer, Identifizierer, Prüfsumme, Gruppennummer, Anweisung und Prüfsumme [Startbit, No, Id, CRC1, Groupadr, Order, CRC2j. Die LS enthält 23 Bit, ein Bit für das Startbit, 3 Bit für die Nummer (nnn), ein Bit für Id und 3 Bit für die Prüfsumme (ccc). Die drei Nummernbits nnn bestimmen, von welcher LMS und/oder SIU eine Antwort angefordert wird, und das ID Feld entspricht [1 = Longsync]. Zum Gewährleisten einer ersten Prüfsumme (ccc) wird ein CRC Code ergänzt, zum Detektieren von Fehlern in den Nummern und/oder ID Feldern. Die Gruppenadresse enthält 7 Bit (ggggggg) zum Adressieren des Befehls zu der beabsichtigten Gruppenadresse. Das nächste Feld enthält die spezifische Anweisung über vier Bit (zzzz). Beispielsweise kann eine Anweisung von dem Typ (0000) sein, was Anschalten der Lampe bedeutet (0001) als Abschalten der Lampe, (0010) als blitzartiges Aufleuchten der Lampe, etc.. Die letzten 4 Bit in dem zweiten CRC Feld sind anhand eines Polynoms mit der Bezugszeichen CRC-BCH = x&sup4; + x + 1 bestimmt und berechnet.Fig. 12 is an explanation of the fields in LS, and these are Startbit, Number, Identifier, Checksum, Group Number, Instruction and Checksum [Startbit, No, Id, CRC1, Groupadr, Order, CRC2j. The LS contains 23 bits, one bit for the start bit, 3 bits for the number (nnn), one bit for Id and 3 bits for the checksum (ccc). The three number bits nnn determine from which LMS and/or SIU a response is requested and the ID field corresponds to [1 = Longsync]. To ensure an initial checksum (ccc) a CRC code is added to detect errors in the number and/or ID fields. The group address contains 7 bits (gggggggg) to address the command to the intended group address. The next field contains the specific instruction over four bits (zzzz). For example, an instruction can be of type (0000) which means turning the lamp on, (0001) turning the lamp off, (0010) flashing the lamp on, etc. The last 4 bits in the second CRC field are determined and calculated using a polynomial with the reference symbol CRC-BCH = x⁴ + x + 1.
Die LMS und/oder SIU Moduln haben ihre eigenen Gruppen von Parameter, die durch zwei Blöcke definiert sind. Der Block 1 enthält die Parameter- Zeitschlitze und Group Addr, und sie werden während der Initialisierung oder einer Änderung der Systemkonfiguration heruntergeladen. Die Zeitschlitzvorgehensweise wurde oben abgedeckt. Die Group Addr definiert, auf welche Gruppenfolge zu reagieren ist. Da ein LMS ein Teil von mehreren Gruppen sein kann, können bei dieser Ausführungsform bis zu vier Gruppenadressen (A-D) definiert werden. Praktisch bedeutet dies, dass ein LMS, bei dem seine Gruppenadresse beispielsweise zu (10, 64, 0, 0,) festgelegt ist, auf Anweisungen antwortet, die dann empfangen werden, wenn die Gruppenadresse für die Anweisung 10 oder 64 ist.The LMS and/or SIU modules have their own groups of parameters, defined by two blocks. Block 1 contains the parameters Time Slots and Group Addr, and they are downloaded during initialization or a change in system configuration. The Time Slotting procedure was covered above. The Group Addr defines which group sequence to respond to. Since an LMS can be part of several groups, up to four group addresses (A-D) can be defined in this embodiment. In practice this means that an LMS with its group address set to, for example, (10, 64, 0, 0,) will respond to instructions received when the group address for the instruction is 10 or 64.
Ein zweiter Block (Block 2) dieser Ausführungsform enthält beispielsweise die folgenden Parameter:A second block (block 2) of this embodiment contains for example, the following parameters:
Bestimuungs Group Adr - Parameter Block 2 wird an alle LMS und/oder SIU Moduln heruntergeladen, die eine ihrer Gruppenadressen zu einer Nummer gemäß der Zielgruppenadresse in dem Parameterblock 2 festgelegt haben; Vorgabe - Vorgabestatus (an = 1/Aus = 0) für die LMS und/oder SIU Moduln, wenn die Serienschaltung hochgefahren wird;Target Group Address - Parameter Block 2 is downloaded to all LMS and/or SIU modules that have one of their group addresses set to a number according to the Target Group Address in Parameter Block 2; Default - Default status (on = 1/off = 0) for the LMS and/or SIU modules when the series connection is powered up;
Inverse Funktion - Zustände, die die LMS annehmen soll, als Gegensatz zu einer An/Aus-Anweisung, zum Anschalten der Lampe dann, wenn die Anweisung Aus ist und vice versa (keine inverse Funktion = 0, Invers- Funktion = 1);Inverse function - states that the LMS should assume, as opposed to an on/off instruction, to switch the lamp on when the instruction is off and vice versa (no inverse function = 0, inverse function = 1);
Sicherungsstatus - Wird die Kommunikation mittels einer Zeit unterbrochen, die länger ist als die Zeit, die nachfolgend durch den Parameter Timeout spezifiziert ist, so schalten die LMS und/oder die SIU den Schalter der Lampe zu An = 1, Aus = 0 oder Keine Änderung = 2 gemäß dieser Einstellung;Backup Status - If communication is interrupted for a time longer than the time specified by the Timeout parameter below, the LMS and/or the SIU will switch the lamp to On = 1, Off = 0 or No Change = 2 according to this setting;
Min ALC f~ - Minimaler Signalpegel zum Detektieren der Empfangsdaten "0"; undMin ALC f~ - Minimum signal level for detecting the received data "0"; and
Min ALC fa - Minimaler Signalpegel zum Detektieren der Empfangsdaten "1"Min ALC fa - Minimum signal level for detecting the received data "1"
Eine stationäre Folge ist gegeben durch Shortsynch1, Shortsync #2, ..., Shortsynch8, Shortsynch1, Shortsynch2, ... etc.. Die Zeit zwischen Shortsync-Einheiten ist durch die Zahl belegter Zeitschlitze zwischen den Sync-Worten gegeben. Der Zeitschlitz 1 ist durch den ersten Halbnetzzyklus nach dem Shortsync repräsentiert. Eine mögliche Modifikation der stationären Folge ist, wenn eine fehlende Antwort von einem zu verantwortenden LMS vorliegt, dass dieselbe Shortsynch wiederholt werden könnte. Liegt die Antwort von dem LMS immer noch nach der Wiederholung nicht vor, so wird für die angeschlossene Lampe (Last) davon ausgegangen, dass ein Fehler vorliegt.A stationary sequence is given by Shortsynch1, Shortsync #2, ..., Shortsynch8, Shortsynch1, Shortsynch2, ... etc. The time between Shortsync units is given by the number of occupied time slots between the sync words. Time slot 1 is represented by the first half-network cycle after the Shortsync. A possible modification of the stationary sequence is that if there is a missing response from a responsible LMS, the same Shortsynch can be repeated. If the response from the LMS is still not available after the repetition, it is assumed that there is an error for the connected lamp (load).
Ist eine Anweisungsfolge zu übertragen, so wird die stationäre Folge unterbrochen, mit der Ausnahme, dass zumindest die letzte Shortsynch Folge abgeschlossen werden kann, und ein Longsync-Wort mit einem geeigneten Befehl gesendet wird. Die Synch wird wird so gewählt, dass Antworten von den adressierten Gruppen unmittelbar nach dem Longsync erhalten werden. Eine Möglichkeit besteht in der Wiederholung derselben Longsync-Worte, sofern nicht LMS oder SIU Moduln in der adressierten Gruppe mit einem korrekt geänderten Status antworten.If a sequence of instructions is to be transmitted, the stationary sequence is interrupted, with the exception that at least the last short sync sequence can be completed and a long sync word with an appropriate command is sent. The sync is chosen so that responses from the addressed groups are received immediately after the long sync. One possibility is to repeat the same long sync words, unless LMS or SIU modules in the addressed group respond with a correctly changed status.
Hat das LMS und/oder SIU eine Herunterlad-Anweisung empfangen, so wird die Prüfsumme kontrolliert. Im Fall eines Parameterblocks 1 wird auch geprüft, ob eine Lampe oder Last abgetrennt ist. Ist dies der Fall, und wird ein Longsync-Wort nach dem Parameterblock (als Prüfung der Kommunikation) empfangen, so werden die neuen Parameter in den LMS oder SIU Moduln EEPROM gespeichert. Andernfalls werden die Moduln rückgesetzt, und die zuvor verwendeten Parameter werden verwendet. Werden zwei Shortsyncs vor einem Longsync empfangen, so wird das LMS oder SIU ebenso rückgesetzt.If the LMS and/or SIU has received a download command, the checksum is checked. In the case of a parameter block 1, it is also checked whether a lamp or load is disconnected. If this is the case and a long sync word is received after the parameter block (as a communication check), the new parameters are stored in the LMS or SIU modules EEPROM. Otherwise, the modules are reset and the previously used parameters are used. If two short syncs are received before a long sync, the LMS or SIU is also reset.
Bei einem Rücksetzvorgang werden die in dem EEPROM gespeicherten Parameter in einen Arbeitsspeicher geladen, und es wird eine Prüfsumme berechnet, und sie wird mit der in dem EEPROM gespeicherten Prüfsumme verglichen. Dann wird, sofern ein Prüfsummenfehler detektiert wird, die Lampe abgeschaltet, es werden Schlitzadressen und Gruppenadressen entfernt, und die anderen Parameter werden zu den Vorgabewerten, so wie vorgegeben, festgelegt.During a reset operation, the parameters stored in the EEPROM are loaded into a working memory, and a checksum is calculated and compared with the checksum stored in the EEPROM. Then, if a checksum error is detected, the lamp is turned off, slot addresses and group addresses are removed, and the other parameters are set to the default values as specified.
Die Prüfsumme wird für den Parameterblock 2 plus die Gruppenadressen 1-4 unter Verwendung von CRC/CCITT berechnet. Diese 2-Byte Prüfsumme ist in dem EEPROM gespeichert. Die Herunterlad-Parameter lassen sich mittels der "Prüfsummen-Frage" steuern und für den Vergleich mit den 2 Bytes in der "Prüfsummen-Frage" verwenden, wo das signifikanteste Bit in jedem Byte unberücksichtigt bleibt.The checksum is calculated for parameter block 2 plus group addresses 1-4 using CRC/CCITT. This 2-byte checksum is stored in the EEPROM. The download parameters can be controlled using the "checksum question" and used to compare with the 2 bytes in the "checksum question" where the most significant bit in each byte is ignored.
Obgleich die vorangehende Beschreibung lediglich die Ausführungsformen dieser Erfindung, wie gezeigt und/oder beschrieben, beschreibt, ist klar, dass andere Ausführungsformen ebenso artikuliert werden können.While the foregoing description merely describes the embodiments of this invention as shown and/or described, it is to be understood that other embodiments may be articulated as well.
Demnach dienen die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke lediglich zum Beschreiben der Erfindung in beispielhafter Weise, und sie schränken die Erfindung nicht ein. Insbesondere kann jede der beschriebenen spezifischen Konstruktionselemente durch jedes andere bekannte Element mit äquivalenter Funktion ersetzt werden.Accordingly, the terms and expressions used herein are for the purpose of describing the invention by way of example only and do not limit does not affect the invention. In particular, each of the specific construction elements described may be replaced by any other known element having an equivalent function.
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